(57)【要約】【課題】音源の種類や音響信号の変化に関わらず、良好な音圧と音質を維持した超指向性音響装置を提供すること。【解決手段】指向性を持った超音波を発振する超指向性音響装置において、音源からの音響信号に基づく音響情報と周波数との関係を示す音響情報分布の積分値が、所定の単位時間内で略等しくなる周波数値を演算する分割周波数制御手段と、この周波数値に基づいて、音響信号の周波数帯域を所定数に分割する周波数帯域分割手段と、超音波信号を出力する超音波信号発振手段と、分割された前記周波数帯域毎の音響信号で超音波信号をそれぞれ変調して、各周波数帯域における被変調超音波信号を得る変調手段と、所定数の被変調超音波信号に基づき振動板を振動させて、指向性を持った被変調超音波振動を発振する超音波振動発振手段とを有する構成とした。【選択図】  図１
2006245730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を持った超音波を発振する超指向性音響装置において、
音源からの音響信号に基づく音響情報と周波数との関係を示す音響情報分布の積分値が、所定の単位時間内で略等しくなる周波数値を演算する分割周波数制御手段と、
前記周波数値に基づいて、前記音響信号の周波数帯域を所定数に分割する周波数帯域分割手段と、
超音波信号を出力する超音波信号発振手段と、
分割された前記周波数帯域毎の音響信号で前記超音波信号をそれぞれ変調して、前記各周波数帯域における被変調超音波信号を得る変調手段と、
前記所定数の被変調超音波信号に基づき振動板を振動させて、指向性を持った被変調超音波振動を発振する超音波振動発振手段と、
を有することを特徴とする超指向性音響装置。
【請求項２】
前記変調手段と前記超音波振動発振手段の数は、前記周波数帯域が分割される前記所定数と同数であり、
複数個の前記超音波振動発振手段により、前記各周波数帯域の音響信号を載せた前記被変調超音波振動を互いに略等しい音圧で別々に発振することを特徴とする請求項１に記載の超指向性音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定数の超音波振動発振手段から被変調超音波振動を放射する構成の超指向性音響装置に関するものであり、更に詳しくは、音圧及び音質の向上を目的として駆動方法を改善した超指向性音響装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における音響装置の機能は多様化の一途を辿っており、その中でも、特定の領域に可聴音場を形成することにより他人への音漏れを防ぐことができる超指向性音響装置が注目され始めている。
【０００３】
しかしながらこの超指向性音響装置は、被変調超音波振動が搬送経路上で復調されて可聴音場を形成するという原理的な都合上、再生される音響振動の音圧および音質が通常の音響装置と比較して著しく低く、また音響振動以外の不要な雑音振動が生じ易いという問題があった。特にこの問題は、多量の音響情報積分値を有するような音響信号を、一つの被変調超音波振動の搬送経路上で音響振動として再生する場合に顕著に現れる。
【０００４】
このような問題を解決し、再生される音響振動の音質と音圧を向上させる手段として、図３で示す超指向性音響装置２２が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
以下に、この超指向性音響装置２２における装置構成及び駆動方法について説明する。
【０００５】
この超指向性音響装置２２は、音源１ｅ、超音波信号発生手段２ｅ、音源１ｅからの音響信号６ｅを所定数（本図面では３つ）の周波数帯域に分割する為の周波数帯域分割手段１５ｅ、更にその所定数の変調手段３ｅ〜３ｇからなる超音波振動発振手段駆動系９ｅと、各変調手段３ｅ〜３ｇに接続された超音波振動発振手段４ｅ〜４ｇにより構成されている。
【０００６】
ここで、超音波信号発生手段２ｅで生成された搬送超音波信号５ｅは、周波数帯域分割手段１５ｅで各周波数帯域に分割された被分割音響信号７ｅ〜７ｇにより、変調手段３ｅ〜３ｇにおいて変調される。そして、変調された被変調超音波信号８ｅ〜８ｇは、所定数用意された超音波発振手段４ｅ〜４ｇに入力され、被変調超音波振動となって空中へ放射されるという駆動原理を有している。
【０００７】
また、超指向性音響装置２２は、図４で示すように、超音波振動発振手段駆動系９ｅから得られる被変調超音波信号８ｅ〜８ｇに基づき、超音波振動発振手段４ｅ〜４ｇから放射された所定数の被変調超音波振動の搬送経路１０ｅ〜１０ｇが、一つの集束領域１１ｅで重なり合うように、各々の超音波振動発振手段４ｅ〜４ｇの放射方向や形状が調整されている。
【０００８】
この超指向性音響装置２２では、上述したような装置構成および駆動原理を持つことで、例えば図５（ａ）で示すような多数の周波数成分と多量な音響情報を持つ音響信号６ｅであったとしても、図５（ｂ）に示すようにこの音響信号６ｅを、各々適切な音響情報積分値の被分割音響信号７ｅ〜７ｇとし、この被分割音響信号７ｅ〜７ｇで各被変調超音波信号８ｅ〜８ｇにしてから、各々の超音波振動発振手段４ｅ〜４ｇへ分配して入力することができる。
【０００９】
そして、その各超音波振動発振手段４ｅ〜４ｇから、適切な音響情報積分値の音響信号を乗せた被変調超音波振動を空中へ放射させることができるようになる。
【００１０】
この様にして得られた被分割音響信号７ｅ〜７ｇの音響情報積分値が、適切に制限された被変調超音波振動であれば、前述したような、多量の音響情報積分値を有する音響信号６ｅを、一つの被変調超音波振動の搬送経路上で音響振動として再生する場合に現れる音圧や音質の低下、および不要な雑音振動の生成をそれぞれ抑制することが可能となる。従って、超指向性の音場領域において再生される音響振動の音圧や音質を、良好に維持することが可能となる。
【００１１】
そして、図４のように、其々所定数の搬送超音波振動の搬送経路１０ｅ〜１０ｇで形成される音場領域を、一つの集束領域１１ｅへ集約させることで、その集束領域１１ｅにおいて、可聴領域の全周波数帯域に渡り音質や音圧が良好に維持されたままの音響振動を再現することができる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−３５４５７５号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述したような超指向性音響装置２２では、常に可聴領域の全周波数帯域に渡って音響情報を有するような音響信号６ｅであればこそ、その機能を充分に発現させることができるものの、ある特定の周波数帯域に音響情報が集中しているような音響信号の場合や、更に周波数帯域における音響情報成分の分布が時間的に著しく変動するような音響信号の場合には、その機能を充分に発現させることができなくなってしまう。
【００１４】
例えば、図６（ａ）で示すように、音源からの音響信号６ｅ’が、ある特定の狭い周波数帯域に偏って集中した音響情報を持っていると仮定した場合、周波数帯域分割手段１５ｅ（図３参照）を有していたとしても、各々の被分割音響信号７ｅ’〜７ｇ’に分配される音響情報積分値は、図６（ｂ）で示すように当該周波数帯域を含む被分割音響信号７ｆ’で極めて多くなる。それに対して、被分割音響信号７ｆ’以外の周波数帯域に於ける被分割音響信号７ｅ’、７ｇ’では極めて少なくなってしまうことが判る。
【００１５】
このような状況下では、超指向性音響装置２２を構成する所定数の変調手段３ｅ〜３ｇ及び超音波発振手段４ｅ〜４ｇのうち、当該周波数帯域の被分割音響信号を割り当てられた一部分の変調手段３ｆのみが駆動され、それ以外の変調手段が駆動されないという事態になる。
【００１６】
即ちこのことは、これらの変調手段３ｅ，３ｇが、音響情報を殆ど含まないままの無音に近い音響振動を再生している状態となり、超指向性音響装置２２の全体として、効果的な機能を果たしていないということを意味する。
【００１７】
そしてこの場合、当該周波数帯域の被分割音響信号７ｆ’を割り当てられた一部分の変調手段３ｆのみが駆動され、その系列に属する超音波振動発振手段４ｆのみから超指向性の可聴音場を形成されているという都合上、装置全体の規模がほぼ同様で周波数帯域分割手段１５ｅを用いない超指向性音響装置と比較すると、再生される音響振動の音圧総計は極端に低くなってしまうという問題もある。
【００１８】
また、当該周波数帯域の被分割音響信号７ｆ’を乗せた被変調超音波振動では、この多量の音響情報積分値を有する被分割音響信号７ｆ’を一つの搬送超音波振動の搬送経路１０ｆ（図４参照）上で同時に復調させようとしている為、例えその音響振動の周波数帯域の範囲が狭いものであっても、前述したような音圧や音質の低下、および不要な雑音振動の生成を誘起してしまうこととなる。
【００１９】
また更に、ある特定の周波数帯域で細かく分割するように周波数帯域分割手段１５ｅにおいて予め設定していたとしても、一般的な音響信号における音響情報成分の分布は、時間経過とともに変化してしまう為、音響情報が別の周波数帯域に移動して集中したり、或いは可聴領域全般に渡ったりするなどの時間変動的な事態が生じることは避けられない。
【００２０】
従って、このような事態に対しては、従来の超指向性音響装置２２の周波数帯域分割手段１５ｅ（図３参照）では対応できなくなってしまうことは明白である。
【００２１】
そこで、本発明は、上述した欠点を解決し、様々な音響信号に対して音圧及び音質の向上ができる超指向性音響装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の超指向性音響装置は、基本的に下記記載の構成を採用する。
【００２３】
本発明による超指向性音響装置は、指向性を持った超音波を発振する超指向性音響装置において、音源からの音響信号に基づく音響情報と周波数との関係を示す音響情報分布の積分値が、所定の単位時間内で略等しくなる周波数値を演算する分割周波数制御手段と、この周波数値に基づいて、音響信号の周波数帯域を所定数に分割する周波数帯域分割手段と、超音波信号を出力する超音波信号発振手段と、分割された周波数帯域毎の音響信号で超音波信号をそれぞれ変調して、各周波数帯域における被変調超音波信号を得る変調手段と、所定数の被変調超音波信号に基づき振動板を振動させて、指向性を持った被変調超音波振動を発振する超音波振動発振手段とを有することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明による超指向性音響装置は、前述した変調手段と超音波振動発振手段の数が、周波数帯域が分割される所定数と同数であり、複数個の超音波振動発振手段により、各周波数帯域の音響信号を載せた被変調超音波振動を互いに略等しい音圧で別々に発振することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、音響信号における音響情報の分布が任意の周波数帯域に偏っている状態や、またその分布が時間経過とともに変動する状態であったとしても、常に適切な音響情報積分値の被分割音響信号を諸手段系列に分配できるという利点を有する。
【００２６】
その為、適切な音響情報積分値を有する被分割音響信号がそのまま所定数の被変調超音波振動に分配されて乗せられ、その搬送経路上で復調作用を受けて音響振動としてそれぞれ再生されることとなる。
【００２７】
従って、前述したような音圧や音質の低下、および不要な雑音振動の生成といった問題が無くなり、例え音響信号の持つ音響情報分布に偏りや変動があったとしても、常に良好な音圧および音質を維持した超指向性の可聴音場再生を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
まず、本発明の実施例における超指向性音響装置の装置構成及び駆動方法について説明する。
図１は、本発明に係る超指向性音響装置２１の構成例を示している。尚、本発明の構成における背景技術と同じ構成要件については、同符号を用いて説明する。
【００２９】
図１の概略図に示すように、本発明の超指向性音響装置２１は、従来の超指向性音響装
置の様に、音源１ａ、音源１ａからの音響信号６ａを周波数帯域で所定数に分割する為の周波数帯域分割手段１５ａと、超音波信号発生手段２ａと、そして被分割音響信号７ａ〜７ｃを搬送超音波信号５ａとともに入力する所定数の変調手段３ａ〜３ｃ、及び各変調手段に接続された超音波振動発振手段４ａ〜４ｃを有している。
【００３０】
また、本発明の超指向性音響装置２１は、音響信号６ａの音響情報と周波数との関係を示す音響特性分布の情報積分値が、ある所定の単位時間内において略等しくなるように、分割する周波数値を演算する為の分割周波数制御手段１６ａを有し、この分割周波数制御手段により出力された分割制御信号１７ａに基づいて周波数帯域分割手段１５ａが音響信号６ａを所定数（本図面では３つ）に分割する機能を有する。
【００３１】
更に、本発明の超指向性音響装置２１は、被分割音響信号７ａ〜７ｃを所定数用意された変調手段３ａ〜３ｃへそれぞれ入力し、この変調手段３ａ〜３ｃから出力された被変調超音波信号８ａ〜８ｃを超音波振動発振手段４ａ〜４ｃへ入力し、更に略等しい音圧の被変調超音波信号８ａ〜８ｃに基づく被変調超音波振動を超音波振動発振手段４ａ〜４ｃから出力できるようになっている。
【００３２】
なお、本実施例においては、所定数の超音波振動発振手段４ａ〜４ｃの構成を、同種の超音波振動子を同数個かつ同形態で配列した場合を示している。
【００３３】
また更に、本発明の超指向性音響装置２１は、従来の装置と同様に、各超音波振動発振手段４ａ〜４ｃの超音波放射方向が、互いに重なり合う一つの領域を形成するように集束した方向となるようにしてある。
【００３４】
次に、本発明の超指向性音響装置２１の機能及び作用効果について説明する。
【００３５】
超指向性音響装置２１では、上述したように、図３の背景技術における超指向性音響装置２２とは異なり、音響信号６ａを分割する周波数帯域を制御する為の分割周波数制御手段１６ａを有している。
【００３６】
この分割周波数制御手段１６ａは、音源１ａから出力された音響信号６ａにおける周波数と音響情報との音響情報分布特性の時間的変動を所定の単位時間毎に検出し、この検出結果に基づいて、所定数の被分割音響信号７ａ〜７ｃにおける各音響情報積分値が互いに略等しくなるように、分割すべき周波数値を単位時間毎に繰り返し演算するという機能を有している。
【００３７】
そして更に、分割周波数制御手段１６ａは、演算された分割周波数値の情報を乗せた分割制御信号１７ａにより、周波数帯域分割手段１５ａで実施される周波数帯域分割処理を単位時間毎に繰り返し制御するという機能を有している。
【００３８】
このような機能を有することで、音響信号６ａにおける音響情報分布特性が、例え図６（ａ）における音響信号６ｅ’のように、ある特定の狭い周波数帯域に偏って集中した音響情報を持っている場合であっても、その音響情報積分値の総量を所定数へ等分割するための分割周波数値（図２中の矢印）を単位時間毎に逐次演算し、この分割周波数値に基づいた分割処理が周波数帯域分割手段１５ａを介して実施され、互いに略等しい音響情報の積分値を有する被分割音響信号７ａ’〜７ｃ’を生成することができるようになる。
【００３９】
このようにして、図２に示すように、互いに略等しく、それ故、所定数に分散されることで、常時適切に制限された音響情報積分値を有する被分割音響信号７ａ’〜７ｃ’が、変調手段３ａ〜３ｃにおいて被変調超音波信号８ａ’〜８ｃ’に乗せることができるよう
になる。
【００４０】
そして、本発明による超指向性音響装置２１では、所定数の被変調超音波振動を所定数の超音波振動発振手段４ａ〜４ｃから略等しい音圧で放射するという構成としてあるので、各超音波振動発振手段４ａ〜４ｃから放出される被変調超音波振動は、上記同様、互いに略等しく且つ適切に制限された音響情報積分値の被分割音響信号７ａ’〜７ｃ’を乗せたまま空中へ放射されることとなる。
【００４１】
ここで、この被分割音響信号７ａ’〜７ｃ’のそれぞれに含まれている音響情報積分値は適切に制限されているため、被分割音響信号７ａ’〜７ｃ’が、被変調超音波振動の搬送経路上で復調作用を受けて、それぞれに対応した音響振動が生成される過程においては、前述したような多量の音響情報積分値を有する音響信号を、一つの被変調超音波振動の搬送経路上で復調するという事態を避けることができる。
【００４２】
一般に、被変調超音波振動に乗った音響信号が復調されて音響振動となり、可聴音場が形成されるという超指向性音響装置の原理は、超音波の伝搬媒質における非線形波動効果という複雑な物理的性質に基因する所が大きい。
【００４３】
その為、多量の音響情報積分値を有する音響情報を、一つの被変調超音波振動の搬送経路上でそのまま復調する場合、この性質に依存した不可測な相互作用が顕著に現れ、復調効率の著しい低下を招かざるを得ない。
【００４４】
そして、この復調効率が低下する影響で、生成される音響振動の音圧及び音質の低下や不要な雑音振動などが生じてしまうことになる。
【００４５】
しかしながら、本発明による超指向性音響装置２１では、分割周波数制御手段１６ａの有する機能により、多量の音響情報積分値を有する音響信号を一つの被変調超音波振動の搬送経路上で復調することを避けることで、例え図７（ａ）における音響信号６ｅ’のように、ある特定の狭い周波数帯域に偏って集中した音響情報を持っている場合であっても、上述したような復調効率の低下を防ぐことができる様になる。
【００４６】
この様にして、再生される音響振動の音圧及び音質の低下、及び不要な雑音振動を抑制することができる。その為、超指向性音響装置として良好な音圧および音質を維持することが可能となる。
【００４７】
また、従来の超指向性音響装置２２と同様に、本発明による超指向性音響装置２１は、所定数の搬送超音波振動の搬送経路で形成される音場領域を、一つの集束領域へ集約させているため、その集束領域において、可聴領域の全周波数帯域に渡り音質や音圧が良好に維持されたままの音響振動を再現することができるようになる。
【００４８】
また、このことに加えて、本発明による超指向性音響装置２１では、適切な音響情報積分値の被分割音響信号７ａ〜７ｃで変調した被変調超音波信号８ａ〜８ｃで駆動しているので、超音波振動発振手段４ａ〜４ｃの一つ当たりに掛かる周波数的な振動負荷が軽減される。
【００４９】
その為、周波数的な振動の過負荷で生じ易い分割共振を抑制し、この分割共振に基因する不要な雑音振動を誘起し難くすることができるようになる。
【００５０】
また更に、本発明による超指向性音響装置２１では、分割周波数値を単位時間毎に逐次演算するという機能上、この単位時間を短く設定すれば、音響信号６ａが時間経過に応じ
て著しく変動するような音響情報を持つ場合であっても、常に略等しい音響情報量の音響信号を乗せた被変調超音波振動を空中へ放射することができる。
【００５１】
その為、音源１ａの種類や、そこからの音響信号６ａの多様さに関わらず、常に安定した音圧及び音質を維持したまま、超指向性の音場領域を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の超指向性音響装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の超指向性音響装置における被分割音響信号が有する音響情報分布特性の一例を示す図である。
【図３】従来の超指向性音響装置の構成例を示す概略図である。
【図４】従来の超指向性音響装置における超音波振動放射手段の配置関係、および機能を示す概略図である。
【図５】従来の超指向性音響装置における音響信号が有する音響情報分布特性と、被分割音響信号が有する音響情報分布特性の一例を示す図である。
【図６】従来の超指向性音響装置における音響信号が有する音響情報分布特性と、被分割音響信号が有する音響情報分布特性の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ，１ｅ  音源
２ａ，２ｅ  超音波信号発生手段
３ａ〜３ｃ，３ｅ〜３ｇ  変調手段
４ａ〜４ｃ，４ｅ〜４ｇ  超音波振動発振手段
５ａ，５ｅ  搬送超音波信号
６ａ，６ｅ，６ｅ’  音響信号
７ａ〜７ｃ，７ｅ〜７ｇ，７ａ’〜７ｃ’，７ｅ’〜７ｇ’  被分割音響信号
８ａ〜８ｃ，８ｅ〜８ｇ，８ａ’〜８ｃ’  被変調超音波信号
９ａ，９ｅ  超音波振動発振手段駆動系
１０ｅ〜１０ｇ  搬送経路
１１ｅ  集束領域
１５ａ，１５ｅ  周波数帯域分割手段
１６ａ  分割周波数制御手段
１７ａ  分割制御信号
２１，２２  超指向性音響装置
【図１】
2006245730.tif 000003
【図２】
2006245730.tif 000004
【図３】
2006245730.tif 000005
【図４】
2006245730.tif 000006
【図５】
2006245730.tif 000007
【図６】
2006245730.tif 000008